JPH09191123A - 化合物半導体受光装置 - Google Patents

化合物半導体受光装置

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JPH09191123A
JPH09191123A JP8002417A JP241796A JPH09191123A JP H09191123 A JPH09191123 A JP H09191123A JP 8002417 A JP8002417 A JP 8002417A JP 241796 A JP241796 A JP 241796A JP H09191123 A JPH09191123 A JP H09191123A
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康信 松岡
Shigehisa Tanaka
滋久 田中
Masato Shishikura
正人 宍倉
Hitoshi Nakamura
均 中村
Shinji Tsuji
伸二 辻
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 化合物半導体結晶表面に形成する絶縁膜の被
着に伴う素子特性の劣化を極力小さく抑えることが可能
な構造の保護膜を有する化合物半導体受光装置を提供す
ること。 【解決手段】 pn接合が表面に露出した化合物半導体
結晶表面に、Al23薄膜もしくはAlOx(x=1〜
1.5)薄膜からなる第1の絶縁膜5を形成し、その上
にポリイミド樹脂等の第2の絶縁膜3を被着させる。ま
た、受光素子(図中1および17は電極,7はn型In
P基板,13はアンドープInAlAs/InGaAs
超格子層,11はp型InAlAs層,9はp型InG
aAs層)をメサ型構造にしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体素子
の結晶表面に保護膜を設けた化合物半導体受光装置に関
し、特に、保護膜としてAl酸化物を含む2層以上の絶
縁膜を設けた化合物半導体受光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体受光素子の結晶表面を保護
するために、その表面に保護膜を設けることは、従来か
ら公知であり、特に、保護膜として酸化ケイ素または窒
化ケイ素を用いた場合の研究が盛んに行われている。こ
れらに関する研究の中で、pn接合を結晶表面に露出さ
せた構造を有する半導体受光素子においては、表面保護
膜の形成前または形成後における結晶表面の酸化、また
は表面保護膜形成時における結晶表面へのダメージ(欠
陥)、もしくは表面保護膜自身の特性不良などに起因す
る素子特性の劣化が問題とされており、これらについて
の報告が数多くなされている。
【0003】例えば、ヒューレット・パッカード ジャ
ーナル(HEWLETT-PACKARD JOURNAL.p69-75 OCTOBER 198
9)のR.Sloanによる論文”Processing and Pass
ivasion Techniques for Fabrication of High-Speed I
nP/InGaAs/InP Mesa Photodetectors”では、メサ型受
光素子の結晶表面に対して、酸化ケイ素や窒化ケイ素な
どの絶縁膜を表面保護膜として被着する試みがなされて
いるが、これらの膜では膜被着後における素子暗電流の
劣化がみられることを明らかにしている。また、この報
告では、上記結晶表面をポリイミド樹脂膜によって保護
することにより、受光素子暗電流の劣化を抑制できるこ
とが実験的に示されている。これに関しては、結晶表面
保護膜として、ポリイミド樹脂膜を使った化合物半導体
受光素子の構造に関する発明が本発明者らによって特許
出願されている(特開平4−152579号公報参
照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記公開公報に開示さ
れているように、化合物半導体受光素子の保護膜として
ポリイミド樹脂膜を用いた場合に、受光素子の暗電流の
劣化がある程度抑制できるという効果があるが、保護膜
としてポリイミド樹脂膜だけを用いた場合には、ポリイ
ミド樹脂膜中を通して吸着される水分もしくは酸素イオ
ンによって結晶表面が酸化され、その結果、暗電流特性
に悪影響(素子特性の劣化)を及ぼす恐れがある。その
ため、化合物半導体受光素子の結晶表面の保護膜として
さらに好適なものが望まれている。本発明の目的は、化
合物半導体結晶表面に形成する絶縁膜の被着に伴う素子
特性の劣化を極力小さく抑えることが可能な構造の保護
膜を有する化合物半導体受光装置を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、少なくとも1つのpn接合を有する化合
物半導体受光装置において、化合物半導体受光装置を構
成する化合物半導体素子の結晶表面に、外気からの保護
膜として、少なくとも、AlOx(図2の6)またはA
23(図1および図3の5)の絶縁物薄膜(第1の絶
縁膜)と、該絶縁膜とは別の、例えば、ポリイミド樹脂
膜(第2の絶縁膜)からなる多層の絶縁膜を設けたこと
を特徴としている(図1〜3参照)。また、上記化合物
半導体受光素子を面入射型受光素子(図1)または導波
型受光素子(図2,3)としたことを特徴としている。
また、上記化合物半導体受光装置において、前記化合物
半導体受光素子の結晶表面にpn接合が露出している構
造を有することを特徴としている(図1〜3参照)。さ
らに、前記化合物半導体受光素子は少なくともGaを含
む半導体からなっていることを特徴としている(図1〜
図3参照)。また、前記化合物半導体受光素子をメサ型
構造にしたことを特徴としている(図1および図2参
照)。また、化合物半導体受光素子の結晶表面が(11
0)面の面方位であることを特徴としている(図3参
照)。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の化合物半導体受光装置
は、pn接合が露出している面入射型または導波型の半
導体受光素子部の結晶表面を、AlOx薄膜またはAl
23薄膜(第1の絶縁膜)と、その上のポリイミド樹脂
膜などの絶縁膜(第2の絶縁膜)からなる多層膜で被覆
する。この絶縁膜構造を採用することによって、半導体
受光素子の暗電流特性を大幅に向上させることができ
る。
【0007】次に本発明の実施例を詳細に説明する。図
1は、本発明の化合物半導体受光装置の第1の実施例を
説明するための図である。本実施例は、化合物半導体受
光装置を面入射型受光素子を用いて構成したものであ
り、同図はその面入射型受光素子の断面構造を示してい
る。本実施例における面入射型受光素子は、同図に示さ
れているように、n型InP基板7上に有機金属気相成
長法で成長されたp型InGaAs層9、p型InAl
As層11およびアンドープInGaAs/InAlA
s超格子層13およびn型InAlAs層15を有する
結晶をケミカルエッチングによりメサ型構造にし、その
結晶表面にAl23薄膜5をEB(Electoron Beam)蒸
着法により形成し、その後、ポリイミド樹脂膜3を被着
させ、さらに、その上にTi/Au電極1を蒸着によっ
て形成することによって完成される。なお、裏面にはA
uGeNi/Pd/Au電極17が形成される。本実施
例では、p型InAlAs層11〜n型InAlAs層
15の間でpn接合が形成され、その部分がAl23
膜5(第1の絶縁膜)とポリイミド樹脂膜3(第2の絶
縁膜)からなる多層の絶縁膜で被覆されている。
【0008】図2は、本発明の化合物半導体受光装置の
第2の実施例を説明するための図である。本実施例は、
化合物半導体受光装置を導波路型受光素子を用いて構成
したものであり、同図はその導波路型受光素子の断面構
造を示している。本実施例における導波路型受光素子
は、同図に示されているように、p型InP基板21上
に分子線エピタキシ成長されたn型InGaAs層2
9、n型InAlAs層15、n型InAlGaAsS
b層23、nマイナス型InAlGaAsSb層25お
よびn型InAlGaAsSb層27およびp型InA
lAs層11を有する結晶表面に、AlOx(x=1〜
1.5)薄膜6をEB蒸着法により形成し、その後、更
にCVD法により窒化ケイ素膜2を被着させた後、Ti
/Pt/Au電極19を形成することによって完成され
る。なお、裏面には、第1の実施例と同様に、AuGe
Ni/Pd/Au電極17が形成される。
【0009】図3は、本発明の化合物半導体受光装置の
第3の実施例を説明するための図である。本実施例は、
第2の実施例と同様の層構造(p型InP基板21,p
型InAlAs層11,n型InAlGaAsSb層2
7,nマイナス型InAlGaAsSb層25,n型I
nAlGaAsSb層23,n型InAlAs層15,
n型InGaAs層29)をもった導波路型受光素子を
用いたものである。本実施例では、導波路型受光素子の
(110)面31の面方位の結晶表面に、Al23薄膜
5(第1の絶縁膜)をEB(Electoron Beam)蒸着法に
より被着し、その後CVD法により窒化ケイ素膜2(第
2の絶縁膜)を被着させることによって完成される。
【0010】本発明では、受光素子の半導体にGaを含
ませているため、バンドギャップを変化させるなど設計
時の余裕度を向上させることができる。なお、上記第1
〜第3の実施例では、結晶表面保護膜としてのAlOx
(x=1〜1.5)およびAl23薄膜をEB法によっ
て被着しているが、CVD法或いはスパッタリング法も
しくはAlを酸化させることによってでも形成でき、同
様の構造を形成できる。
【0011】図4は、面入射型受光素子の暗電流−逆バ
イアス電圧特性を示す図である。図4において、実線で
示された特性は上記第1の実施例で説明したAl23
膜を結晶表面保護膜として有する構造の素子特性であ
り、点線で示された特性は従来の構造の素子特性であ
る。同図から明らかなように、第1の実施例の構造を有
する面入射型受光素子の特性が従来構造の面入射型受光
素子の特性に比較して暗電流が激減していることがわか
る。なお、実験の結果、結晶表面保護膜としてAl23
に代わりAlOx(x=1〜1.5)を用いても同様の
効果があることがわかった。
【0012】図5は、導波路型受光素子の暗電流−逆バ
イアス電圧特性を示す図である。図5において、実線で
示された特性は上記第2の実施例で説明したAlOx
(x=1〜1.5)薄膜を結晶表面保護膜として有する
構造の素子特性であり、点線で示された特性は従来の構
造の素子特性である。同図から明らかなように、第2の
実施例の構造を有する導波路型受光素子の特性が従来構
造の導波路型受光素子の特性に比較して暗電流が激減し
ていることがわかる。
【0013】また、本発明の第3の実施例で説明した構
造の導波路型受光素子の特性も、図5に示されたのと同
様の結果が得られた。これは、外気から直接またはポリ
イミド膜等を介して吸着される水分もしくは酸素イオン
に対して、他の元素と比べても比較的酸素との結束力が
大きいAlを有する酸化膜を被着しておくことによっ
て、結晶表面の酸化に起因した素子暗電流の増加を回避
しているためと考えられる。
【0014】上記実施例では表面保護膜を2層の膜(A
lOxまたはAl23からなる第1の絶縁膜とその上の
ポリイミド樹脂膜などの第2の絶縁膜)にした例を示し
たが、さらにその上を別の絶縁膜で被覆することによっ
て表面保護膜を3層以上にする構成を採用してもよいこ
とはいうまでもない。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、pn接合を有する化合
物半導体受光装置において、化合物半導体結晶表面を、
少なくとも、AlOx薄膜またはAl23薄膜からなる
絶縁膜(第1の絶縁膜)とその上のポリイミド樹脂膜な
どの絶縁膜(第2の絶縁膜)の多層膜で被覆して結晶表
面を保護することによって、素子特性(暗電流特性)の
劣化が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化合物半導体受光装置の第1の実施例
(面入射型受光素子の場合)を説明するための図であ
る。
【図2】本発明の化合物半導体受光装置の第2の実施例
(導波路型受光素子の場合)を説明するための図であ
る。
【図3】本発明の化合物半導体受光装置の第3の実施例
(導波路型受光素子の場合)を説明するための図であ
る。
【図4】本発明の第1の実施例における面入射型受光素
子の暗電流−逆バイアス電圧特性を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例における導波路型受光素
子の暗電流−逆バイアス電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
1…Ti/Au電極、2…窒化ケイ素膜、3…ポリイミ
ド樹脂膜、5…Al23薄膜、6…AlOx薄膜、7…
n型InP基板、9…p型InGaAs層、11…p型
InAlAs層、13…アンドープInAlAs/In
GaAs超格子層、15…n型InAlAs層、17…
AuGeNi/Pd/Au電極、19…Ti/Pt/A
u電極、21…p型InP基板、23…n型InAlG
aAsSb層、25…nマイナス型InAlGaAsS
b層、27…n型InAlGaAsSb層、29…n型
InGaAs層、31…(110)面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 均 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 辻 伸二 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つのpn接合を有する化合
    物半導体受光装置において、該化合物半導体受光装置を
    構成する化合物半導体受光素子の結晶表面を、少なくと
    も、AlOxまたはAl23からなる第1の絶縁膜と、
    該第1の絶縁膜と異なる第2の絶縁膜とからなる多層の
    絶縁膜で被覆したことを特徴する化合物半導体受光装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の化合物半導体受光装置に
    おいて、前記化合物半導体受光素子は面入射型受光素子
    または導波型受光素子であることを特徴とする化合物半
    導体受光装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の化合物半導体受
    光装置において、前記第2の絶縁膜はポリイミド樹脂膜
    であることを特徴とする化合物半導体受光装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または3のいずれか1項に記載
    の化合物半導体受光装置において、前記化合物半導体受
    光素子の結晶表面にpn接合が露出している構造を有す
    ることを特徴とする化合物半導体受光装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項に記載
    の化合物半導体受光装置において、前記化合物半導体受
    光素子は少なくともGaを含む半導体からなっているこ
    とを特徴とする化合物半導体受光装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1項に記載
    の化合物半導体受光装置において、前記化合物半導体素
    子の結晶表面が(110)面の面方位を有することを特
    徴とする化合物半導体受光装置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか1項に記載
    の化合物半導体受光装置において、前記化合物半導体受
    光素子をメサ型構造にしたことを特徴とする化合物半導
    体受光装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013143403A (ja) * 2012-01-06 2013-07-22 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体受光装置
JP2018006415A (ja) * 2016-06-28 2018-01-11 富士通株式会社 赤外線検知素子、赤外線検知素子アレイ及び赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法
JP2020150174A (ja) * 2019-03-14 2020-09-17 富士通株式会社 赤外線検出器、これを用いた撮像装置、及び赤外線検出器の製造方法

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